Pengertian
Teknik Ototronik
Teknik Ototronik
BAB 8
LISTRIK DAN ELEKTRONIKA
8.1 Atom dan Elektron
Semua atom terdiri dari proton, neutron dan elektron. Proton
me-ngandung muatan listrik positif dan neutron tidak mengandung
muatan sama sekali. Proton dan neutron berada di dalam inti atom
atau disebut nukleus. Di luar nukleus tersebut, ada partikel yang
bermuatan negatif, disebut elektron. Atom dari setiap benda yang
berlainan, berbeda dengan lainnya berdasarkan per-bedaan jumlah
proton, neutron dan elektronnya. Jumlah proton dan elek-tron yang
sama terjadi di dalam suatu atom. Dan hal ini disebut terjadinya
keseimbangan secara elektris, dimana muatan positif dan negatif
saling menghilangkan satu sama lain. Ketika di dalam suatu atom
terdiri dari lebih 2 elektron, maka elektron-elektron ter-sebut
tersusun pada kulit atom de-ngan jarak yang bervariasi.
Semua atom terikat bersama-sama oleh kekuatan daya tarik yang
besar di antara nukleus (inti atom) dan elektron atom tersebut.
Elektron yang
e
berada di kulit terluar dari suatu atom tertarik oleh nukleus
(inti atom) dengan daya tarik yang lebih kecil daripada elektron
yang lebih dekat dengan nukleus (inti atom).
Hal ini memungkinkan atom bisa kehilangan elektron, dimana atom
pada kondisi ini disebut sebagai ion, dimana sudah tidak terjadi
ke-seimbangan elektris lagi, tetapi ber-muatan positif dan mampu
menarik elektron dari atom lain ke dalam dirinya. Elektron yang
bisa berpindah dari satu atom ke atom lainnya disebut sebagai
elektron bebas seperti gerakan yang acak yang terjadi secara
terus-terusan dan tak terbatas. Elektron-elektron bebas ini banyak
sekali terdapat di dalam bahan-bahan konduktor. Kita dapat
membuktikan dengan cara memukul besi sekeras-kerasnya, maka akan
terlihat percikan-percikan api yang meloncat kesana-kemari. Misal
pada rel kereta api saat direm akan tampak percikan-percikan bunga
api. Per-cikan-percikan api ini tidk lain adalah elekron-elektron
bebas yang sempat meninggalkan daya tarik-menarik dari ikatan atom
besi, dan meloncat keluar bertumbukan dengan udara. Bagai-manapun,
jika tekanan secara elektris atau tegangan (voltage) diberikan pada
material manapun, maka yang terjadi adalah kecenderungan elektron
untuk pindah dengan arah tertentu. Gerakan elektron bebas ini
diketahui sebagai aliran, yang mendasari sebuah aliran arus
listrik. Dengan begitu, arus merupakan banyak se-dikitnya
perpindahan dari suatu muat-an.
Konduktor adalah bahan yang berisi elektron yang terikat secara
bebas oleh nukleus (inti atom) dan dengan mudah bisa berpindah
dari
satu atom ke atom lainnya di dalam bahan tersebut. Contoh yang
ter-masuk bahan ini adalah besi, tem-baga, emas dan lain-lain.
Isolator adalah bahan, dimana berisi elektron yang terikat
dengan kuatnya oleh nukleusnya, sehingga dapat dipastikan bahwa
bahan-bahan isolator hampir-hampir tidak dapat dapat mengalirkan
aliran listrik. Contoh yang termasuk bahan ini adalah kertas,
karet, plastik, gelas, lilin, aspal dan lain-lain.
Semikonduktor adalah bahan, dimana elektron-elektron bebas yang
berada di dalam bahan ini sukar dan tidak bebas bergerak, tetapi
karena kondisi atau faktor-faktor tertentu maka beberapa elektron
yang berada di kulit/orbit luarnya dapat berpindah ke atom lainnya.
Kondisi atau faktor-faktor tersebut misalnya adalah pengaruh suhu,
cahaya, getaran dan lain-lain. Karena hal inilah maka bahan-bahan
yang termasuk semi-konduktor dapat menghantarkan alir-an listrik.
Contoh yang termasuk bahan-bahan ini adalah germanium
Gambar 8.2 Gerak Elektron Takberaturan
murni dan silikon. Bahan-bahan ini sangat besar manfaatnya bagi
dunia elektronika, karena komponen-komponen elektronika (dioda
dan
transistor) yang ada dan kita kenal
sekarang ini ada yang memakai bahan dasar ini.
Komponen-kompo-nen ini akan kita pelajari di bab ini.
8.2 tentang dasar elektronika.
Satuan yang dipakai untuk mengukur banyak sedikitnya muatan
listrik (Q) adalah Coulomb (dimana 1 Coulomb = 6.24 x 1018
elektron). Jika aliran elektron pada suatu konduktor berlangsung
sebanyak 1 Coulomb setiap 1 detik , maka arus yang dihasilkan ini
disebut arus 1 Ampere.
Dimana 1 Ampere = 1 Coulomb per detik atau 1 A = 1 C/s, maka 1
Coulomb = a Ampere detik atau 1 C = 1 As. Secara umum, jika I
adalah arus dalam ampere dan t adalah waktu dalam detik selama
terjadinya aliran arus, maka I x t merepresentasikan jumlah muatan
listrik dalam Coulomb.
Dengan kata lain, jumlah muatan listrik adalah jumlah muatan
elektron yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Muatan
listrik disimbolkan dengan huruf Q berasal dari bahasa inggris
Quantum yang artinya banyaknya, dan diukur dengan satuan
Coulomb.
Gambar 8.3 Gerak Elektron Beraturan
Jumlah muatan 1 Coulomb ditetapkan sebagai berikut : jumlah
muatan listrik yang dipindahkan sebanyak 1 Coulomb adalah bila
aliran listrik mengalir sebesar 1 Ampere dalam waktu 1 detik.
Pene-tapan ini disebut sebagai HUKUM COULOMB, dan dirumuskan
seperti di bawah ini.
f
Dimana :
Q= jumlah muatan listrik (diukur
dengan satuan Coulomb)
I=aliran listrik (diukur dengan
satuan Ampere)
t=waktu (diukur dengan satuan
detik)
1 Coulomb= 1 Ampere x 1 detik atau
1 Coulomb= 1 Ampere detik.
Diketahui bahwa
It
Q
=
, maka
=
=
=
-
=
=
15
240
15
3
0.24x10
3
15x10
0.24
t
Q
I
16A
Muatan listrik,
It
Q
=
Coulombs
s
x
t
A
I
240
60
4
;
10
=
=
=
maka
=
=
240
10
x
Q
2400 C
8.2 Dasar Listrik
Pada bagian ini akan dipelajari tentang besaran listrik,
pengukuran besaran listrik, hukum ohm dan hukum daya, rangkaian
listrik dan kemagnetan.
8.2.1 Besaran Listrik
Untuk mempelajari tentang materi keteknikan khususnya listrik
dan elektronika, pertama harus dide-finisikan besaran yang ada,
me-nyangkut standar satuan, lambang dan singkatan. Tentunya standar
yang digunakan merupakan sistem satuan internasional. Dalam suatu
rekayasa, gejala fisis harus dapat diungkap secara kuantitatif dan
dimengerti secara sama oleh setiap orang. Untuk itu diperlukan
seperangkat satuan baku (standar) yang konsisten dan berlaku
dimanapun di dunia ini.
Untuk teknik listrik dipakai sistem SI (Sistem internasional)
yang me-makai meter sebagai satuan panjang, kilogram sebagai satuan
massa, second/detik sebagai satuan waktu. Besaran dasar lainnya
adalah suhu / temperatur, yang dalam sistem SI diukur dalam Kelvin.
Untuk men-definisikan besaran-besaran listrik, diperlukan satuan
tambahan dan ampere sebagai satuan arus listrik memenuhi keperluan
tersebut. Kandela diperlukan untuk menyata-kan besaran intensitas
cahaya.
Besaran listrik yang dipelajari pada bagian ini menyangkut apa
itu arus listrik (I), tegangan listrik (V), hambatan listrik (R),
daya listrik (P) dan energi listrik (E).
8.2.1.1 Tegangan Listrik
Agar setiap rangkaian elektronik bisa bekerja, kita harus
memberikan sumber energi kepadanya. Sumber
energi ini berupa sumber tegangan. Besaran tegangan disimbolkan
de-ngan huruf U/V, berasal dari bahasa jerman yaitu Ursache yang
berarti penyebab. Tegangan merupakan pe-nyebab mengalirnya
elektron-elektron, yang diukur dengan satuan Volt (V).
Kutub yang kekurangan elektron disebut kutub positf, sebaliknya
kutub yang kelebihan elektron disebut kutub negatif. Perbedaan
potensial yang besar antara kedua kutub tersebut menghasilkan
tegangan tinggi. Contoh sumber tegangan adalah aki, baterai,
dinamo, generator dan lain sebagainya.
Definisi setiap tegangan haruslah mencakup sepasang tanda
plus-minus. Yang perlu disadari adalah bahwa pemberian tanda
plus-minus ini merupakan tanda aljabar, bukan menunjukkan
kekutubannya (polarity)
tegangan sesungguhnya, tetapi hanya sekedar perjanjian
(konvensi) yang membolehkan kita berbicara dengan pasti mengenai
beda te-gangan antara 2 titik ujung suatu rangkaian.
Sumber tegangan bisa berupa sumber tegangan ideal dan sumber
tegangan riil. Suatu sumber tegangan yang ideal atau sempurna
meng-hasikan tegangan output yang tidak bergantung pada nilai
tahanan beban. Contoh yang paling seder-hana dari sumber ideal
adalah se-buah baterai yang sempurna, yang tahanan dalamnya sama
dengan nol.
Gambar 8.4 Tegangan Listrik sebagai akibat dari Jumlah
Elektron
Sumber tegangan yang ideal akan selalu menghasilkan tegangan
12 Volt (apabila sumber tegangannya = 12 Volt) pada tahanan
beban, tidak peduli pada nilai berapa tahanan beban yang di
atur.
Sumber tegangan ideal tidak pernah bisa dijumpai di dalam
praktek. Ia hanya ada dalam angan-angan kita sebagai sesuatu yang
sifatnya teoritis. Sumber tegangan riillah yang bisa kita jumpai di
dalam kenyataan. Sebagai contoh, jika baterai dengan tegangan 12
Volt diberikan tahanan beban lampu dengan kebutuhan daya yang
besar,
maka tegangan beban jika kita ukur tidak sama persis 12 Volt.
Bisa jadi berkurang sampai 11.99 Volt atau bahkan bisa di bawahnya,
seolah-olah terjadi drop tegangan.
8.2.1.2 Arus Listrik
Dari penjelasan di atas dikatakan bahwa bila keadaan seimbangnya
atom tidak berubah, ini berarti elektron-elektron bebas dari atom
itu tidak menimbulkan suatu hal yang berguna karena sifatnya
tersebut. Dimana sifat dari elektron-elektron bebas adalah selalu
bergerak, loncat-meloncat kesana-kemari, dan saling mengisi
tempat-tempat kosong yang ditinggalkan atau meninggalkan satu sama
lainnya. Dapat disimpulkan bahwa gerakan elektron bebas pada suatu
atom tersebut tidak beraturan dan tidak karuan.
Akan tetapi keadaan ini akan lain jika gerakan elektron-elektron
bebas itu secara beraturan menuju ke satu arah tertentu, seperti
terlihat pada gambar 8.3. Gerakan elektron-elektron ini terjadi
secara teratur menuju satu arah. Mereka bergerak dari satu atom ke
atom lainnya yang ada disebelahnya. Dan berpindah lagi ke atom yang
ada disebelahnya. Gerakan elektron-elektron bebas semacam ini
dinamakan Gerakan elektron bebas beraturan secara rapi menuju satu
arah atau satu jurusan, atau disebut juga aliran elektron atau
aliran listrik (arus listrik).
Pada gambar 8.3, kita dapat melihat gerakan elektron bebas yang
beraturan dan rapi menuju satu arah atau satu jurusan, yakni
bergerak dari satu atom ke atom lainnya yang berada dekat dengan
atom pertama itu. Dan elektron bebas ini siap
diterima oleh atom yang kedua. Dan pada saat itu,
elektron-elektron bebas yang bergerak di orbit/kulit terluar dari
atom yang kedua ini, akan terdorong keluar oleh elektron-elektron
bebas yang baru datang tadi. Elektron bebas dari atom yang kedua
ini berpindah ke atom yang ketiga dan begitu terjadi
seterusnya.
Demikianlah gerakan-gerakan elektron beba itu pergi dari satu
atom ke atom lainnya lagi secara sambung-menyambung menempuh suatu
jarak yang sangat pendek. Jadi jelaslah gerakan elektron bebas itu
bukanlah mengalir dari satu ujung kawat ke ujung kawat yang lain
lagi. Maka sebenarnya perkataan aliran elektron sungguh-sungguh
tidaklah tepat. Menurut suatu penyelidikan, aliran listrik itu
bergerak dengan kecepatan sekitar 300.000 km dalam satu detiknya
atau sama dengan kecepatan cahaya.
Gambar 8.6 Arah Arus Listrik dan Arah Elektron
Secara umum arus listrik di definisikan sebagai perubahan
mu-atan listrik per satuan waktu (dq/dt). Satuan arus adalah ampere
(A), yang menyatakan banyaknya muatan yang mengalir dengan laju 1
C/s. Nama ampere diambil dari nama A.M. Ampere, seorang ahli fisika
Perancis pada permulaan abad ke sembilan belas. Sering juga arus
tersebut dinamai 1amp, tetapi nama ini tidak formal dan tidak
resmi.
Sekarang yang menjadi per-tanyaan adalah bagaimana arah arus
listrik ? Akan memudahkan kita untuk memikirkan arus sebagai
pergerakan muatan positif, meskipun diketahui bahwa aliran arus di
dalam suatu konduktor logam dihasilkan oleh elektron. Perlu kita
sadari bahwa panah arus tidaklah menunjukkan arah aliran arus yang
sesungguhnya, tetapi hanya se-kedar perjanjian (konvensi) untuk
memperkenankan kita berbicara me-ngenai arus di dalam kawat dengan
cara yang jelas. Panah tersebut adalah bagian fundamental dari
de-finisi arus. Jadi, berbicara mengenai nilai sebuah arus tanpa
menentukan panah adalah sama dengan mem-bicarakansesuatu yang tidak
ter-definisi.
Arus listrik disimbolkan dengan huruf (I) berasal dari bahasa
jerman, yaitu Intensitaet yang berarti Intensitas atau disebut
besar arus = kuat arus.
Adanya aliran elektron tentunya ada penyebabnya. Contoh pada
gambar 4.6 di atas yaitu aki, me-rupakan salah satu komponen yang
bisa menimbulkan aliran elektron. Aki merupakan salah satu dari
sumber aliran. Contoh yang lainnya adalah baterai, dinamo,
generator, selalu terdapat 2 buah tempat penyam-bungan kawat-kawat
luar. Tempat-tempat penyambungan ini disebut juga kutub-kutub dan
diberi tanda positif (+) dan negatif (-). Tanda-tanda ini perlu
karena pada kutub-kutub tersebut terdapat muatan listrik yang tidak
sama sifatnya. Lebih jelasnya ada pada pembahasan mengenai apa itu
tegangan (Volt). Pada kutub positif (+) terdapat atom-atom yang
sangat kekurangan elektron, sehingga sudah jelas bahwa pada kutub
ini tidak seimbang lagi muatannya. Karena kekurangan jum-lah
elektron-elektron, maka kekuatan tenaga penyimpanan listrik positif
dari proton merasakan lebih kuat daripada muatan tenaga penyimpanan
listrik negatif dari elektron. Oleh sebab itu, pada kutub tersebut
muatannya jelas POSITIF.
Demikian juga pada kutub negatif (-), terdapat atom-atom yang
ke-kurangan tenaga penyimpanan listrik positif dari proton,
sehingga pada kutub ini jelaslah sudah tidak seimbang lagi
muatannya. Karena kekurangan jumlah tenaga pe-nyimpanan listrik
positif dari proton, maka kekuatan tenaga penyimpanan listrik
negatif dari elektron merasakan lebih kuat daripada muatan tenaga
penyimpanan listrik positif dari proton. Oleh sebab itu maka pasa
kutub ini muatannya jelas NEGATIF.
Dengan demikian berarti bahwa di antara kutub-kutub POSITIF dan
NEGATIF muncul suatu perbedaan kekuatan yang tersembunyi di
dalamnya, yang selalu ingin me-ngembalikan keseimbangannya lagi
bila ada kesempatan. Hal ini akan tercapai jika antara kutub-kutub
ter-sebut dipasangkan sepotong kawat (berbahan konduktor). Dengan
cara seperti ini, maka terjadilah suatu gerakan elektron bebas yang
be-raturan secara rapi dan menuju satu arah atau satu jurusan
(terjadi aliran listrik) di dalam kawat tersebut. Jelasnya adalah
adanya pemindahan sejumlah elektron dari kutub negatif ke kawat
tersebut. Sedangkan dari kutub yang merasakan kekurangan jumlah
muatan negatif (kekurangan elektron-elektron), akan menambah-kan
pada dirinya sejumlah elektron-elektron pada dirinya (kutub positif
tersebut).
Gerakan elektron bebas yang beraturan secara rapi menuju satu
arah (disebut terjadi aliran listrik) ini akan berlangsung terus
nenerus selama perbedaan kekuatan antara kutub positif dan negatif
yang ter-sembunyi di dalam sumber te-gangan tersebut masih ada dan
kawat untuk mengalirkan arus listrik tersebut masih tersambung.
Yang menjadi pertanyaan beri-kutnya adalah bagaimana hubungan
antara tegangan (sumber teganga) dengan arus listrik ? jawaban dari
pertanyaan ini bisa dilihat pada ilustrasi pada gambar 8.7
(Ilustrasi Hubungan antara Tegangan dan Arus Listrik). Pada gambar
tersebut ter-dapat 2 buah penampung air dengan ketinggian yang
berbeda. Sehingga karena adanya perbedaan ketinggian inilah maka
terdapat energi potensial yang lebih besar pada penampung air yang
lebih tinggi (disimbolkan dengan huruf U besar) dibandingkan dengan
penampung air dengan ketinggian yang rendah (disimbolkan dengan
huruf U kecil).
Dari kedua penampung air itu disambungkan pipa dengan diameter,
panjang dan bentuk yang sama. Sehingga faktor penghambat dari pipa
tersebut adalah sama. Apa yang kemudian terjadi jika kedua orang
yang berada di masing-masing penampung air tadi membuka kran secaa
bersamaan ? tentunya jawa-bannya sudah pasti bahwa akan terjadi
pancaran air yang deras dari ujung pipa dengan penampung air yang
lebih tinggi dibandingkan pancaran air dengan penampung air yang
rendah. Dalam hal ini arus listrik diilustrasikan dalam bentuk
pancaran air tersebut. Sedangkan tegangan diilustrasikan dalam
bentuk penam-
pung yang berisi air dengan ke-tinggian yang berbeda. Dari
ilustrasi di atas dapat disimpulkan bahwa hubungan antara tegangan
dan arus adalah sebanding. Semakin besar tegangan yang diberikan
pada suatu beban maka arus listrik yang mengalir pada beban
tersebut adalah semakin besar pula, sebaliknya semakin kecil
tegangan yang diberikan pada suatu beban, maka arus listrik yang
mengalir pada beban tersebut akan semakin kecil pula.
8.2.1.3 Hambatan/Tahanan Listrik
Tahanan disimbolkan dengan huruf R, berasal dari bahasa jerman
Resistanz yang berarti tahanan atau hambatan., diukur dengan satuan
Ohm (
W
). Tahanan merupakan hambatan-hambatan yang di alami oleh
elektron-elektron selama perpindahannya dari satu tempat ke tempat
lainnya.
Benda-benda yang sedang ber-gerak, selalu akan menemui
ham-batan-hambatan atas gerakan-gera-kannya. Seperti halnya sewaktu
kita menaiki sepeda motor. Dengan mem-bungkukan badan sewaktu
menyetir, maka laju sepeda motor akan lebih kencang jika
dibandingkan sewaktu kita menyetir dengan posisi badan yang tegak,
pada kondisi jalan yang sama datarnya dan bukaan katup gas yang
sama. Tentunya yang menjadi hambatan ini adalah udara atau
angin.
Demikian juga pada aliran air pada pipa tertentu (lihat gambar
8.8 dan gambar 8.9). Jika penahannya besar maka gerakannya jadi
per-lahan-lahan atau sama sekali ber-henti, dan jika penahannya
kecil, maka gerakannya akan semakin cepat (volume tiap satuan waktu
dari air yang berpindah semakin besar). Di dalam pipa tersebut
dipasangkan sebuah katup (klep) yang me-nyebabkan air hanya dapat
mengalir dari a ke b saja dengan tidak mendapatkan perlawanan yang
berarti. Oleh tekanan air dari a ke b, katup itu terbuka hingga air
mengalir (lihat arahnya sesuai arah anak panah), tahanan sangat
kecil sekali. Tetapi jika katupnya ditutup, maka tidaklah mungkin
air bisa mengalir dari a ke b (lihat gambar 8.9). Hal ini berarti
air mendapatkan penahanan yang besar. Besar penahanan yang
diberikan ke air yang mengalir tergantung dari tiga hal, yaitu
:
a. Besar kecilnya garis tengah pipa
b. Jenis dan bentuknya pipa
c. Panjang dan pendeknya pipa.
Jika pipa tersebut mempunyai garis tengah (diameter) besar, maka
penahanan terhadap pengaliran air itu adalah kecil. Sebaliknya jika
pipa itu berdiameter kecil maka pena-hanan terhadap pegaliran air
itu
adalah besar, sehingga aliran air mendapatkan kesulitan untuk
me-ngalir (aliran/debit air kecil).
Gambar 8.9 Ilustrasi hambatan dengan Aliran Air yang terhambat
sama sekali
Sesuai jenis atau macamnya yaitu jika didalam pipa tersebut
dibuat licin dan lurus-lurus, maka pena-hanan pengaliran air adalah
kecil dan hal ini menyebabkan air mudah mengalir. Sebaliknya jika
di bagian dalam dari pipa tersebut dibuat kasar dan
bengkok-bengkok, maka pena-hana terhadap pengaliran air tersebut
adalah besar. Hal ini berarti bahwa air tersebut susah
menga-lirnya.
A
l
R
.
r
=
Jika pipa tersebut dibuat panjang ataukah pendek, maka penahanan
terhadap pengaliran air itu akan itu akan mempengaruhinya juga.
Se-makin panjang berarti semakin be-sarlah penahannya terhadap
penga-liran air itu. Jika pipa berukuran pendek, maka penahanan
terhadap pengaliran itu adalah kecil. Sehingga semakin pendek
ukuran dari sebuah pipa, maka enahanan terhadap pengaliran air
adalah kecil. Ilustrasi ini berlaku pula pada arus listrik (i) dan
tahanan/hambatan listrik (R). Untuk itu besar tahanan listrik pada
suatu konduktor tergantung pada :
a. Panjang penghantar.
b. Hambatan jenis penghantar.
c. Diameter penghantar.
Besarnya tahanan atau ham-batan listrik dari tiap jenis logam
telah ditetapkan sebagai berikut : jika bentuk dari logam itu
sebagai kawat yang panjangnya 1 meter dengan luas irisan 1 m2 pada
15o Celcius, maka tahanan atau hambatan listrik (Ohm/
W
) yang diukur pada kondisi ini dinamakan hambatan jenis dari
logam yang bersangkutan. Hambatan jenis disingkat dengan huruf
Yunani
r
(baca rho). Lihat pada tabel 8.3 yang berisi hambatan-hambatan
jenis dari berbagai logam dan logam cam-puran yang penting pada
suhu 15o Celcius.
Dari sekian banyaknya logam dan logam campuran, maka perak dan
tembagalah yang memiliki ham-batan jenis yang paling kecil. Untuk
alat-alat kontak yang harus dilalui aliran listrik yang besar
selalu dipakai dari logam-logam perak atau platina. Untuk pembuatan
kabel-kabel yang menghubungkan antara komponen elektronika satu
dengan yang lainnya dipakai tembaga sebagai bahannya. Sedangkan
logam-logam campuran seperti nickelinne, konstantaan, kruppine,
manganine, yang ke-semuanya merupakan logam dengan nilai tahanan
yang besar, dipakai untuk pembuatan lampu-lampu listrik, seterika
listrik, solder listrik, alat pe-manas listrik dan lain
sebagainya.
Di atas sudah dijelaskan bah-wa besarnya penghantar listrik dari
sepotong kawat penghantar diten-tukan oleh :
l=panjang kawat penhantar
A=luas penampang kawat penghantar
r
=hambatan jenis (dibaca rho) kawat penghantar
Hubungan antara p, A dan
r
diatur sebagai berikut :
1. Besarnya hambatan listrik adalah sebanding dengan panjangnya
ka-wat penghantar. Artinya semakin besar panjangnya maka hambatan
listrik juga semakin besar pula.
2. Besarnya hambatan listrik adalah sebanding dengan hambatan
jenis kawat penghantar. Artinya semakin besar hambatan jenisnya,
maka hambatan listrik juga semakin besar pula.
3. Besarnya hambatan istrik adalah berbanding terbalik dengan
luas penampang kawat penghantar. Artinya semakin besar luas
pe-nampangnya, maka hambatan listrik akan semakin kecil.
Gambar 8.10 Ketergantungan Hambatan listrik pada Penghantar
Sehingga dari hubungan di atas, bisa dirumuskan sebagai berikut
:
W
dimana : R=hambatan listrik (Ohm =
W
)
l=panjang kawat penghantar(meter)
r
=hambatan jenis (
W
mm2/m)
A=luas penapang kawat
Penghantar (m2)
a
Diketahui dari tabel 8.3 bahwa
r
tembaga adalah 0.0175
W
mm2/m.
A
l
R
.
r
=
= (0.0175
W
mm2/m x 10000 m )/5 mm2
= 35
W
Diketahui bahwa A =
2
r
p
, dimana
14
.
3
=
p
, r = jari-jari kawat, r = d/2 =
2
2
mm
= 1 mm. Maka A = 3.14 x (1 mm)2 = 3.14 mm2. Sehingga
A
l
R
.
r
=
= (0.063
W
mm2/m x 1200 m )/3.14 mm2
= 24.5
W
Panas yang terjadi di dalam ataupun di luar tahanan, akan
mem-pengaruhi besar suatu hambatan pada sebuah penghantar.Panas
yang terjadi di dalam suatu penghantar bisa terjadi karena adanya
aliran-aliran listrik yang mengalir di dalamnya. Sedangkan panas
yang terjadi di luar penghantar tersebut, disebabkan karena
penghantar ter-sebut memamng berada di dekat sumber panas dari
luar. Semakin dekat penghantar tersebut dengan sumber panas dari
luar, maka akan menyebabkan penghantar tersebut semakin mempunya
habatan/tahanan yang besar. Secara ringkas, dapat dikatakan bahwa
besarnya hambatan atau tahanan sebuah penghantar dipengaruhi oleh
suhu pada peng-hantar tersebut.
D
Semakin besar suhunya, maka semakin besar pula hambatan / -
tahanan penghantar tersebut. Peru-bahan besarnya hambatan tiap Ohm
dari suatu jenis logam yang dise-babkan karena adanya perubahan
suhu sebesar 1o Celcius, dinamakan konstanta pemuaian panas atau
koe-fisien panas , disimbolkan
a
(alpha).
Logam mempunyai koefisien pa-nas positif, sedangkan arang gas
dan zat cair mempunya nilai koefien panas negatif. Pada tabel 4.3
dimuat besarnya koefisien panas untuk logam-logam yang penting.
Sebagai misal, jika suhu naik sebesar 1o Celcius, maka tiap-tiap 1
Ohm hambatan yang berbahan tembaga akan bertambah sebanyak
0.004
W
. Ini berarti bahwa koefisien panas dari tembaga adalah 0.004.
Umpamanya sepotong kawat tembaga mempunyai hambatan sebesar 100
W
, dan suhu dinaikkan sebesar 1o C, maka
hambatan akan menjadi :
Rt = R + (R x
a
x
D
t)
= 100 + (100 x 0.004 x 1)
= 100.4 C
Jika suhu dinaikkan sebesar 10o C, maka hambatan akan menjadi
:
Rt = R + (R x
a
x
D
t)
= 100 + (100 x 0.004 x 10)
= 104 C
Rumus yang menyatakan bahwa hambatan dipengaruhi oleh suhu
ada-lah sebagai berikut :
Dimana : Rt=hambatan setelah ter-jadi
perubahan suhu (
W
).
R =hambatan sebelum terjadi perubahan suhu (
W
).
Tabel 8.3 Hambatan Jenis dan Konstanta Bahan dari Penghantar
Bahan
r
pada 15o C (
W
mm2/m)
Koefisien Panas (
a
)
Logam :
Tembaga
0.0175
0.004
Besi
0.12
0.0045
Perak
0.016
0.0036
Seng
0.061
0.0037
Wolfram
0.055
0.004
Aluminium
0.03
0.0039
Platina
0.095
0.0024
Logam Campuran :
Nickeline
0.42
0.0002
Manganine
0.42
0.00001
Kuningan
0.08
0.0015
Rheotaan
0.47
0.00023
Brons
0.03
0.001
Kruppine
0.85
0.00077
Perak-berlin
0.3
0.0002
Arang (grafit)
100 - 1000
-0.0003 0.0007
a
=koefisien panas (bisa
bernilai positif atau negatif)
D
t=perubahan suhu (oC)
Sesuai tabel 8.3, koefisien panas (
a
) untuk wolfram adalah 0.004 dan
r
= 0.055
W
mm2 pada suhu 15 oC. Maka
D
t = 40 oC 15 oC = 25 oC. Sehingga
A
l
R
.
r
=
= (0.055
W
mm2 /mx 100m) /2 mm2 = 2.75
W
.
Sehingga hambatan kawat wolfram tersebut pada suhu 40o C adalah
:
Rt=R(1 +
a
.
D
t)
=2.75(1 + 0.004 x 25)
=2.7775
W
Gambar 8.11 Ilustrasi Hubungan antara Hambatan dan Arus
Listrik
Sekarang yang menjadi per-tanyaan adalah bagaimana hubungan
antara arus listrik dan hambatan listrik. Pada gambar 8.11 bisa
di-jelaskan bagaimana pengaruh ham-batan listrik terhadap besaran
listrik lainnya, yaitu arus listrik. Pada gambar tersebut terdapat
sumber tegangan yang sama besar, yaitu U besar (diilustrasikan
sebagai pe-nampung air yang ketinggiannya sa-ma). Tampak juga bahwa
pipa yang digunakan untuk menyalurkan air ber-beda penampangnya
dengan panjang pipa yang sama. Sudah dijelaskan di atas bahwa
semakin kecil penam-pang dari pipa, maka penahanan terhadap air
adalah besar (simbol R besar), berbeda dengan pipa yang satunya
yang berada di sebelah kanan, menggunakan luas penam-pang yang
besar, sehingga terjadi penahanan air yang kecil pula (simbol R
kecil). Apa yang terjadi jika kedua katup/kran di kedua pipa
tersebut dibuka bersamaan ? tentunya yang terjadi adalah pipa
dengan luas penampang yang besar akan me-nghasilkan debit air yang
besar pula dibandingkan dengan pipa dengan luas penampang yang
kecil. Dalam hal ini, jumlah debit air diilustrasikan sebagai arus
listrik. Dapat disim-pulkan bahwa semakin besar tahanan listrik,
maka semakin kecil arus listrik yang mengalir. Sebaliknya jika
se-makin kecil tahanan listrik, maka semakin besar arus listrik
yang di-hasilkan, dengan kondisi pada te-gangan yang sama pada
suatu be-ban.
8.2.1.4 Arus searah (DC)
Muatan yang bergerak memberikan kenaikan pada arus (I). dimana
memiliki karakteristik dari intensitasnya yang diukur dalam amper.
Arah aliran dan besarnya dari arus searah.
Arah dari aliran arus dan pengukuran aliran arus dari kutub
positif ke kutub negatif dari luar sumber arus
bisa dianggap sebagai positif (pada kenyataanya electron
bergerak dari kutub negatif ke kutub positif).
Amperemeter (A) dalam rangkaian mengukur aliran arus; tegangan
terukur oleh voltmeter (V) terhubung secara parallel.
Hukum Ohm
Hukum ohm didefinisikan dari hubungan antara tegangan dan arus
dalam konduktor padat dan cair.
U=R x I
Konstanta kesebandingan R bisa disebut ohmic resistansi dan
terukur dalam satuan ohm ((). Kebalikan dari resistansi adalah
konduktansi (G)
G = 1/R
8.2.1.5 Daya Listrik
Daya listrik pada suatu rangkaian listrik merupakan hasil produk
dari beda tegangan dan arus listrik. Semakin besar beda tegangan
dan arus listrik yang ada pada rangkaian tersebut, maka semakin
besar pula daya listrik-nya. Daya lis-trik bisa dijelaskan dengan
mudah jika kita ilustrasikan seperti pada gambar 8.12. Pada gambar
8.12 sebelah kiri, dengan tekanan aliran air yang kecil (aliran air
kecil) maka putaran kincir yang disambungkan dengan peralatan untuk
memutar dalam proses pembuatan barang-barang yang berbahan tanah
liat. Tampak bahwa di gambar tersebut, aliran air yang kecil hanya
mampu untuk memutar 1 peralatan pem-buatan barang-barang yang
berbahan tanah liat. Berbeda dengan gambar sebelah kanan, dengan
tekanan air yang besar (aliran air besar) maka tenyata mampu
untuk
menggerakkan peralatan tersebut le-bih banyak. Sehingga dengan
kata lain, semakin besar tekanan air yang diberikan, maka daya yang
dihasilkan akan semakin besar pula. Sebaliknya jika semakin kecil
tekanan air yang diberikan, maka akan semakin kecil pula daya yang
dihasilkan.
8.2.2 Rangkaian Listrik
Rangkaian listrik yang umum ada adalah rangkaian seri dan
paralel ataupun campuran keduanya berupa rangkaian campuran.
8.2.2.1 Rangkaian Seri
Rangkaian seri atau rangkaian berderet dapat dilihat seperti
pada gambar dibawah :
Gambar 8.13 Gambar Rangkaian Seri
Pada hambatan yang dirangkai secara seri bila ditinjau dari
hukum ohm maka menjadi :
Rt = R1 + R2 + ... + Rn
Sehingga nilai hambatan total adalah penjumlahan dari semua
nilai ham-batan yang ada.
8.2.2.2 Rangkaian Paralel
Namum untuk rangkaian paralel bisa dilihat gambar 8.14
berikut
Gambar 8.14 Gambar Rangkaian Paralel
Nah pada gambar diatas adalah hambatan yang dirangkai secara
paralel dimana bila ditinjau dari hu-kum ohm maka akan menjadi
:
Rt =
Rn
R
R
1
...
2
1
1
1
+
+
+
8.2.2.3 Pembagi tegangan dan arus
Pada rangkaian seri dan paralel juga dikenal rumus pembagi
tega-ngan dan rumus pembagi arus. Perlu diingat dan dipahami pada
rangkaian seri yang berlaku adalah rumus pem-bagi tegangan karena
pada rangkaian seri tegangan akan terbagi sebanyak hambatan yang
terpasang sedangkan arus yang melewati rangkaian adalah sama
disetiap titik rangkaian.atau berlaku sebagai berikut :
Vt = VR1 + VR2 + ... + VRn
dan It = I1 = I2 = ... = In
Sedangkan pada rangkaian para-lel berlaku kebalikan dari
rangkaian seri dimana yang berlaku adalah rumus pembagi arus,
dimana arus akan terbagi pada tiap titik pe-ngukuran sedangkan
tegangan yang melalui semua hambatan adalah sa-ma atau berlaku
sebagai berikut :
Vt = V1 = V2 = ... = Vn dan
It = I1 + I2 + ... + In
Rumus pembagi tegangan :
xVt
Rn
R
R
Rx
Vx
+
+
+
=
...
2
1
Dimana Vx adalah tegangan yang dicari pada hambatan (Rx) yang
ingin diketahui tegangannya.
Rumus pembagi arus :
Ix =
xIt
Rn
Rn
R
R
Rn
R
R
+
+
+
+
+
+
+
...
2
1
...
2
1
Dimana Ix adalah arus yang dicari yang mengalis pada hambatan
(Rx) yang ingin diketahui arusnya.
Nah dari kedua rangkaian tersebut dapat digabungkan menjadi
rangkaian campuran. Contoh rang-kaian campuran seperti gambar
8.15.
Gambar 8.15 Gambar Rangkaian Campuran
Dari gambar 8.15 karena me-rupakan rangkaian campuran maka perlu
disederhanakan untuk menge-tahui nilai Rt (total) dimana seperti
dalam rangkaian tersebut terdapat 2 hambatan yang diparalel kmudian
di seri dengan 1 buah hambatan makan untuk penyelesaiannya dicari
dulu R12 dengan rumus :
R12 =
2
1
1
1
R
R
+
Setelah itu dapat dicari Rt dengan rumus:
Rt = R12 + R3
Untuk menyederhanakan rangkaian campuran perlu disederhanakan
terlebih dahulu bisa di seri dahulu ataupun di parallel dulu.
Gambar 8.16 Contoh Gambar Model Rangkaian Campuran yang
lain.
Berapakah Rt dari rangkaian diatas?
8.2.3 Kemagnetan
Magnet alam adalah senyawa logam Fe3O4 yang dapat menarik
beberapa jenis logam lain yang mengandung logam besi. Sifat dari
magnet tersebut bersifat permanen.
Gambar 8.17 Gambar Magnet alam masih berbentuk batuan
Magnet jenis yang lainnya adalah magnet buatan lihat gambar
8.18. Magnet buatan dibuat dari bahan besi baja yang dibuat menjadi
magnet, cara pembuatanya bisa dengan
menggunakan besi baja yang digosokan pada magnet alam sehingga
besi baja tersebut ikut memiliki daya kemagnetan yang tidak
permanen atau bisa hilang.
Nah magnet yang ketiga adalah magnet listrik yang mana dibuat
dari besi baja yang dililit dengan kawat tembaga dan diberi aliran
listrik sehingga besi baja tersebut memiliki daya kemagnetan yang
tidak permanen atau bisa hilang.
Namun perlu diingat arus listrik yang diberikan harus arus
listrik searah atau DC (Direct Current) agar bisa terbentuk medan
magnet yang memiliki dua kutub. Kutub utara dan kutub selatan.
Gambar 8.18 Gambar Magnet buatan mulai dari sebelah kiri magnet
batang, magnet U
Gambar 8.19 Gambar Magnet listrik
Baik magnet alam, magnet bu-atan dan magnet listrik semuanya
memiliki dua kutub utara dan selatan. Apabila dua kutub yang sama
di-dekatkan maka akan saling tolak menolak,
Gambar 8.20 Gambar Magnet yang sama kutub
Sedangkan bila dua kutub yang berbeda didekatkan maka akan
saling tarik menarik.
Gambar 8.21 Gambar Magnet yang berbeda kutub
Gambar 8.22 Kutub yang sama bila berhimpitan maka akan
memperkuat medan magnet
Dari gambar 8.22 diatas dapat di-simpulkan apabila dua buah
magnet didekatkan dengan posisi kedua ku-tub magnet yang sama
berhimpitan maka kedua magnet tersebut akan saling memperkuat medan
magnet yang dihasilkan.
Gambar 8.23 Kutub yang beda bila berhimpitan maka akan
memperlemah medan magnet
Sedangkan dari gambar 8.23 bila kedua kutub yang berbeda
dihim-pitkan maka akan saling memper-lemah medan magnet yang
dihasil-kan.
Perlu diperhatikan magnet buat-an dan magnet listrik daya
magnet-nya dapat hilang. Hal-hal yang dapat merusak kemagnetan
adalah :
Jika magnet batang dipanaskan, maka kemagnetannya berkurang atau
hilang
Jika magnet dipukul maka kemagnetannya akan menjadi rusak
(hilang)
Gambar 8.24 Perlakuan yang tidak boleh pada magnet
Pada magnet medan yang ter-kuat adalah pada ujung-ujung dari
magnet tersebut.
Gambar 8.25 Medan magnet dari
magnet U
Gambar 8.26 Medan magnet dari magnet batang
Garis garis gaya menunjukkan arah kerja gaya magnet dan luas
yang digambarkan oleh garis garis gaya menunjukkan medan gaya
mag-net sehingga makin kuat gaya kemagnetan, maka akan makin
padat
garis-garis gayanya
8.2.3.1 Magnet Listrik
Magnet listrik pada dasarnya logam yang dialiri arus listrik
sehing-ga membangkitkan medan magnet.
Gambar 8.27 Gambar arah garis gaya magnet
Arah dari garis gaya magnet dapat dijabarkan dengan kaidah
tangan kiri seperti gambar dibawah :
Gambar 8.28 Gambar kaidah tangan kiri
Pada aturan kaidah tangan kiri ibu jari menunjuk keatas dimana
merupakan arah arus listrik sedangkan keempat jari yang lainnya
menunjukkan arah garis gaya magnet.
Gambar 8.29 Gambar Arah elektron
Seperti dapat dilihat pada gambar 8.29 garis garis gaya mag-net
merupakan lingkaran - lingkaran yang berpusat pada penghantar dan
arahnya tergantung pada arah arus listrik.
Ada beberapa cara untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan
yaitu penghantar yang digunakan digulung menjadi kumparan semakin
banyak kumparan maka semakin besar medan magnet yang dihasilkan
semakin kuat, memperbesar arus yang dialirkan pada kumparan atau
dapat juga pada inti atau pusat kumparanya diisi dengan besi.
Gambar 8.30 Gambar kaidah tangan kiri
Gambar 8.30 menjelaskan bah-wa jika tangan kiri menggenggam
kumparan, jari jari menunjukkan arah aliran elektron, maka ibu jari
menunjukkan arah ujung kutub utara. Dari beberapa pen-jelasan
diatas penggunaan magnet listrik pada dunia otomotif banyak sekali
contohnya relay, motor starter, altenator all.
8.2.3.2 Relay
Relay adalah komponen elek-tronika berupa saklar elektronik yang
digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relai merupakan tuas
saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di
dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik
karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga
kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet
akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak saklar
kembali terbuka.
Gambar 8.31 Gambar contoh dari relay
Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang
besar (misalnya peralatan listrik
4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil
(misalnya 0.1 ampere 12 Volt DC). Dalam pemakaiannya biasanya relay
yang digerakkan dengan arus DC dilengkapi dengan sebuah dioda yang
di-paralel dengan lilitannya dan dipasang terbalik yaitu anoda pada
tegangan (-) dan katoda pada tegangan (+). Ini bertujuan untuk
mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay
berganti posisi dari on ke off agar tidak merusak komponen di
sekitarnya.
Penggunaan relay perlu mem-perhatikan tegangan pengontrolnya
serta kekuatan relay menswitch arus/tegangan. Biasanya ukurannya
tertera pada body relay. Misalnya relay 12VDC/4 A 220V, artinya
tegangan yang diperlukan sebagai pengontrolnya adalah 12Volt DC dan
mampu men-switch arus listrik (maksimal) sebesar 4 ampere pada
tegangan 220 Volt. Sebaiknya relay difungsikan 80% saja dari
kemampuan maksimalnya agar aman, lebih rendah lagi lebih aman.
DIODE
RELAY
SWITCH
TRANSISTOR
RESISTOR
RESISTOR
+12V
INPUT
Gambar 8.32 Contoh gambar penerapan relay
Pada gambar 8.32 terlihat ada sebuah dioda sebagai pengaman
tegangan tinggi dan sebuah transistor sebagai penggerak relay.
8.2.3.3 Transformator
Transformator atau sering juga disebut trafo adalah komponen
yang berfungsi untuk mengubah (menaikkan/menurunkan/melewatkan)
tegangan listrik bolak-balik (AC).
Bentuk dasar transformator adalah sepasang ujung pada bagian
primer dan sepasang ujung pada bagian sekunder. Bagian primer dan
sekunder adalah merupakan lilitan kawat email yang tidak
berhubungan secara elektris. Kedua lilitan kawat ini dililitkan
pada sebuah inti yang dinamakan inti trafo.
Pada penggunaannya trafo juga digunakan untuk mengubah
impe-dansi.
Untuk penggunaan pada umum-nya trafo frekuensi rendah contohnya
adalah trafo penurun tegangan (Step Down Trafo) yang digunakan pada
peralatan - peralatan elektronik te-gangan rendah, adaptor, pengisi
battery dsb. Trafo jenis ini jika pada bagian primernya kita
hubungkan dengan tegangan AC misalnya 220 volt maka pada bagian
skundernya akan mengeluarkan tegangan yang lebih rendah. Pada
rangkaian tersebut trafo berfungsi untuk menurunkan tegangan AC
dari jala-jala PLN yang 220 volt menjadi sebesar tegangan yang
dibutuhkan peralatan tersebut agar dapat bekerja normal, misalnya 3
volt, 6 volt atau 12 volt dsb.
Sementara itu trafo penaik tegangan (Step Up Trafo) adalah
kebalikan dari step down trafo yaitu untuk menaikkan tegangan
listrik AC. Sebuah trafo penurun tegangan bisa juga kita gunakan
untuk menaikkan
tegangan dengan membalik bagian primernya menjadi sekunder dan
bagian sekunder menjadi primer, tentu dengan memperhatikan
te-gangan kerja trafo tersebut.
Dari contoh pada gambar 8.33 didapat persamaan :
Ip
Is
Ns
Np
Us
U
=
=
Prinsip trafo penurun tegangan adalah jumlah lilitan primernya
lebih banyak dari pada jumlah lilitan sekundernya. Sedangkan
Trafo penaik tegangan memiliki jumlah lilitan primer lebih
sedikit dari pada jumlah lilitan sekundernya. Jika dilihat dari
besarnya ukuran kawat email yang digunakan, trafo penurun tegangan
memiliki ukuran kawat yang lebih kecil pada lilitan primernya.
Sebaliknya trafo penaik tegangan memiliki ukuran kawat yang lebih
besar pada lilitan primernya. Hal ini dikarenakan pada trafo
penurun te-gangan output (keluaran) arus listriknya lebih besar,
sedangkan trafo penaik tegangan memiliki output arus yang lebih
kecil.
Sementara itu frekuensi te-gangan pada input dan outputnya tetap
(tidak ada perubahan). Parameter lain adalah efisiensi daya trafo.
Da-lam kinerjanya trafo yang bagus memiliki efisiensi daya yang
besar (sekitar 70-80%). Daya yang hilang biasanya keluar menjadi
kalor/panas yang timbul pada saat trafo bekerja. Trafo yang
memiliki efisiensi tinggi dibuat dengan teknik tertentu dengan
memperhatikan bahan inti trafo, kerapatan lilitannya serta faktor2
lainnya.
Gambar 8.33 Gambar prinsip transformator
Gambar 8.34 Gambar prinsip koil pengapian.
Contoh penggunaan trafo dalam kendaraan adalah pada rangkaian
koil pengapian seperti pada gambar 8.34. Namun prinsip kerjanyanya
berbeda dari transformator biasa dimana tegangan DC (searah) yang
berasal dari battery diberikan pada lilitan primer yang kemudian
di-putuskan secara cepat sehingga timbul induksi melalui lilitan
sekunder yang menaikkan tegangan menjadi sekitar kurang lebih
25.000 volt se-hingga mampu memercikkan bunga api pada busi.
Perubahan medan magnet pada lilitan sekunder (perlu untuk
mem-peroleh induksi) tercapai dengan cara menghubungkan dan
memutuskan arus pada lilitan primer. Pada saat arus primer diputus,
secara tiba - tiba perubahan medan magnet jatuh sampai nol
akibatnya timbul tegangan induksi yang tinggi pada kumparan
sekunder (hanya selama perubahan tersebut). Karena tegangan
induksi
yang tinggi maka timbul bunga api. Waktu bakar bunga api yang
timbul hanya sekitar ( 2 ms (milli detik).
8.2.3.4 Motor Listrik
Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi
energi mekanik. Alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi
mekanik menjadi energi listrik disebut generator atau dinamo. Motor
listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas
angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu.
Motor listrik dibedakan menjadi dua kategori yang berbeda:
DC(Direct Current) dan AC(Alternatif Current).
Motor listrik AC mempunyai keuntungan desain yang simple,
harga
yang relatif murah, bentuk yang ber-variasi dan mudah dicari
penggantinya sedangkan kerugiannya adalah memerlukan alat yang
rumit untuk
melakukan pengendalian kecepatan,
sangat susah untuk bekerja pada kecepatan rendah dan sulit untuk
digunakan pada kebutuhan yang membutuhkan kepresisian tinggi.
Sedangkan motor DC sendiri mempunyai keuntungan yaitu desain
yang simple, mudah dikendalikan
baik kecepatan maupun torsinya namun kerugianya motor listrik DC
relatif lebih mahal dan secara fisik lebih besar bila dibandingkan
dengan motor listrik AC.
Motor listrik sendiri ada bermacam macam jenisnya seperti Motor
DC Medan lilitan (Wound Field), Motor lilitan seri (Series Wound),
Motor lilitan parallel (Shunt Wound), Motor gabungan (Compound)
Motor dengan magnet permanen.
Prinsip kerja motor listrik didasarkan pada prinsip magnet
listrik dimana apabila konduktor yang dialiri arus akan mendapatkan
gaya apabila berada didalam medan magnet. Arah arus, medan magnet
dan gaya yang dihasilkan adalah saling tegak lurus seperti
ditunjukkan pada gambar 8.35
Gambar 8.35 Teori motor listrik
Dari gambar diatas didapatkan rumus
F = B x i x L
F = Gaya yang dihasilkan
i = Arus listrik yang mengalir
B = Medan magnet
L = Panjang penghantar
Pada Motor listrik terdapat juga parameter yang disebut torsi
(T) atau
gaya putar yang dihasilkan oleh motor. Dari kesemua parameter
ter-sebut didapat kesebandingan yaitu:
T ( F sedangkan F ( B dan F ( i
Gambar 8.36 Gambar bentuk sesungguhnya rotor (armature)
Motor listrik yang digunakan pada kendaraan adalah motor listrik
DC contohnya motor starter atau ada juga motor listrik yang
digunakan sebagai powertrain (mesin peng-gerak) seperti pada mobil
listrik ataupun mobil yang sudah meng-gunakan system hibrida
(meng-gunakan motor bakar dan motor listrik).
8.2.3.5 Generator / Alternator
Generator merupakan kebalikan dari sistem motor listrik. Bila
pada motor listrik yang terjadi adalah perubahan dari energi
listrik menjadi gaya / gerak mekanik, tetapi pada generator adalah
sebaliknya yaitu dari gerak mekanik atau gaya / gerak mekanik
menjadi energi listrik.
Gambar 8.37 Prinsip generator
Prinsip kerja suatu generator berdasarkan hukum Faraday :
e = - N df/ dt
dimana :
N = jumlah lilitan
f = fluksi magnet
e = Tegangan induksi
Dengan perkataan lain apabila suatu konduktor memotong
garis-garis fluksi magnetik yang berubah-ubah, maka tegangan
induksi akan dibangkitkan dalam konduktor ter-sebut.
Jadi syarat untuk dapat dibang-kitkan tegangan induksi
adalah:
harus ada konduktor ( hantaran kawat )
harus ada medan magnetik
harus ada gerak atau perputaran dari konduktor dalam medan, atau
ada fluksi yang berubah yang memotong konduktor itu.
Tegangan induksi akan semakin besar jika :
Penghantar semakin cepat me-motong garis garis gaya magnet
Garis garis gaya magnet semakin padat (medan magnet kuat)
Panjang penghantar yang aktif di dalam penghantar semakin
besar
Gambar 8.38 Prinsip generator menggunakan sikat (brush)
Hasil tegangan yang dibang-kitkan pada penghantar yang ber-gerak
dalam medan magnet adalah tegangan bolak-balik. Bentuk ge-lombang
yang berubah-ubah tersebut harus disearahkan bila diinginkan
pembangkitan tegangan searah atau DC maka perlu diguna-kan :
Komutator
Sikat (brush)
Diode
Untuk penggunaan pada kendaraan yang digunakan adalah alternator
dinama secara prinsip sama dengan generator tetapi terdapat
beberapa perbedaan antara alternator dan generator antara lain
:
Kumparan pembangkit pada alternator adalah bagian yang tidak
bergerak atau diam sedangkan pada generator adalah sebaliknya atau
berputar
Kumparan medan pada alternator adalah bagian yang berputar
tetapi pada generator merupakan bagian yang statis atau diam.
Pada alternator menggunakan dioda sebagai penyearah sedangkan
pada generator menggunakan komutator.
Produksi arus pada alternator tidak perlu diregulasi sedang-kan
pada generator perlu diregulasi.
Keuntungan dari alternator adalah pada putaran rendah tegangan
yang dihasilkan sudah mencukupi kebutuhan sedangkan Generator
sendiri tidak bisa dipakai pada pu-taran rendah karena hasil
tegangan outputnya nantinya juga akan rendah / kecil.
Alternator tidak memerlukan tempat yang luas sedangkan generator
perlu ruangan yang relatif luas.
Kerugian dari alternator ada-lah bila terjadi hubung singkat
maka alternator akan rusak sedangkan pada generator jika terjadi
hubung singkat maka generator tetap aman.
Gambar 8.39 Kumparan medan pada alternator
1. Kumparan medan
2. Poros rotor
Gambar 8.40 Konstruksi rotor pada alternator
1. Kuku kuku magnet
2. Kumparan magnet
3. Poros rotor
8.3 Dasar Elektronika
Dalam dunia elektronika kom-ponen ada beraneka ragam dan jenis,
namun dari kesemuanya itu dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu
komponen aktif dan komponen pasif. Sebagai contoh untuk komponen
pasif adalah : resistor, induktor, kapasitor sedangkan untuk
kom-ponen aktif adalah : diode, transistor, tyristor, opamp dan IC.
Perbedaan yang mencolok antara keduanya adalah pada komponen pasif
tidak mengubah bentuk gelombang sinyal ac yang diberikan kepadanya
se-dangkan komponen aktif dapat me-nyearahkan, menguatkan, dan
me-ngubah bentuk gelombang sinyal AC yang diberikan kepadanya.
8.3.1 Tahanan (Resistor)
Resistor dapat disebut juga sebagai tahanan atau hambatan
di-mana resistor digunakan untuk meng-hambat aliran dari arus
listrik yang diberikan. Resistor memiliki nilai yang disebut
resistansi dalam satuan ohm dengan lambang omega (). Dengan simbol
seperti gambar 8.41 dibawah.
RESISTORPOTENSIOMETERVARIABEL
RESISTOR
TRIMPOTTHERMISTORLIGHT DEPENDENT
RESISTOR
Gambar 8.41 Simbol macam macam resistor
Gambar 8.42. Berbagai macam bentuk resistor
Resistor memiliki bentuk, jenis dan kapasitas bermacam-macam.
Seperti pada Gambar 8.42. terdapat berbagai macam jenis resistor
dan juga dalam berbagai kemampuan disipasi daya biasanya ditentukan
dalam satuan Watt. Macam-macam resistor dapat dibedakan sebagai
berikut :
Resistor biasa atau biasanya nilai resistansinya dikodekan pada
warna gelangnya deng-an nilai resistansi tetap atau tidak dapat
diubah.
Variabel resistor atau dapat disebut juga resistor yang nilai
resistansinya dapat diubah-ubah sesuai spesifikasinya (Contohnya :
potensiometer, trimpot).
Thermistor atau resistor yang dipengaruhi oleh perubahan suhu
atau temperatur (Con-tohnya : NTC dan PTC).
Tabel 8.4. Kode warna resistor
LDR (Light Dependent Re-sistor) adalah resistor yang dipengaruhi
oleh perubahan cahaya.
Tipe resistor yang umum adalah berbentuk tabung dengan dua kaki
tembaga di kiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran
membentuk gelang kode warna untuk memudahkan pemakai mengenali
besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan Ohmmeter. Kode
warna tersebut adalah standar ma-nufaktur yang dikeluarkan oleh EIA
(Electronic Industries Association) seperti yang ditunjukkan pada
Tabel 8.4.
Biasanya warna gelang toleransi berada pada badan resistor yang
paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan
warna gelang yang pertama agak sedikit ke dalam.
Gambar 8.43. Bentuk dan urutan gelang warna resistor
Jumlah gelang yang melingkar pada resistor umumnya sesuai
de-ngan besar toleransinya. Biasanya resistor dengan toleransi 5%,
10% atau 20% memiliki 3 gelang (tidak termasuk gelang toleransi).
Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2% (toleransi kecil)
memiliki 4 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Gelang pertama
dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai sa-tuan, dan
gelang terakhir adalah faktor pengalinya.
Spesifikasi lain yang perlu diper-hatikan dalam memilih resitor
selain besar resistansi adalah besar watt-nya. Karena resistor
bekerja dengan dialiri arus listrik, maka akan
Umumnya di pasar tersedia ukuran 1/8, 1/4, 1, 2, 5, 10 dan 20
watt. Resistor yang memiliki disipasi daya 5, 10 dan 20 watt
umumnya berbentuk kubus memanjang persegi empat berwarna putih,
namun ada juga yang berbentuk silinder. Tetapi biasanya untuk
resistor ukuran besar ini nilai resistansi dicetak langsung
dibadannya, misalnya 100/5W.
Terjadi disipasi daya berupa panas sebesar W=I2R watt. Semakin
besar ukuran fisik suatu resistor bisa menunjukkan semakin besar
kemam-puan disipasi daya resistor tersebut.
8.3.2 Kondensator (Capasitor)
Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan
muatan listrik. Struktur sebuah kappa-sitor terbuat dari 2 buah
plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan
dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas
dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan
listrik,
maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki
(elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif
terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak
dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan
negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah
oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini
"tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung
kakinya.Untuk simbol dari Kapasitor dapat dilihat gambar dibawah
:
Kapasitor
non polar
Kapasitor
bipolar
Kapasitor
Variable
Gambar 8.44. Simbol Kapasitor
Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor
untuk dapat menampung muatan elektron. Dapat dihitung bahwa 1
coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Dan juga dapat didefinisikan bahwa
sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika
dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1
coulombs. Dengan rumus dapat ditulis :
Q = C x V
Q = muatan elektron dalam C (coulombs)
C = nilai kapasitansi dalam F (farads)
V = besar tegangan dalam V (volt)
Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan
mengetahui luas area plat metal (A),
jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan
konstanta (k) bahan dielektrik.
Dengan rumusan dapat ditulis sebagai berikut :
C = (8.85 x 10-12) (k A/t)
Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan
dielektrik yang disederhanakan.
Tabel 8.5 Nilai Konstanta bahan dielektrikum
Udara vakum
k = 1
Aluminium oksida
k = 8
Keramik
k = 100 - 1000
Gelas
k = 8
Polyethylene
k = 3
Untuk rangkaian elektronik praktis, satuan farads adalah sangat
besar sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasar memiliki satuan
uF (10-6 F), nF (10-9 F) dan pF (10-12 F).
Gambar 8.45. Berbagai macam bentuk Kapasitor.
Pada Gambar 8.45. ditunjukkan berbagai macam bentuk dan jenis
kapasitor. Namun dari berbagai ma-cam kapasitor tersebut ada juga
ka-
pasitor yang dapat diubah-ubah nilai kapasitansinya tergantung
sesuai dengan spesifikasinya dan dinama-kan kapasitor variabel atau
VARCO.
Kapasitor sendiri terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari
bahan dielektriknya. Untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3
bagian, yaitu :
1. Kapasitor Electrostatic
Kapasitor electrostatic ada-lah kelompok kapasitor yang di-buat
dengan bahan dielektrik da-ri keramik, film dan mika. Kera-mik dan
mika adalah bahan yang popular serta murah untuk membuat kapasitor
yang kapasi-tansinya kecil. Tersedia dari besaran pF sampai
beberapa uF, yang biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan
dengan frekuensi tinggi. Termasuk kelompok bahan dielektrik film
adalah bahan-bahan material se-perti polyester (polyethylene
te-rephthalate atau dikenal dengan sebutan mylar), polystyrene,
polyprophylene, polycarbonate, metalized paper dan lainya .Mylar,
MKM, MKT adalah beberapa contoh sebutan merek dagang untuk
kapasitor dengan bahan-bahan dielektrik film. Umumnya kapasitor
kelompok ini adalah non-polar. Konstruksinya ditunjukkan pada
Gambar 8.46.
Gambar 8.46. Konstruksi dari kapasitor
2. Kapasitor Electrolytic
Kelompok kapasitor elec-trolytic terdiri dari
kapasitor-ka-pasitor yang bahan dielektriknya adalah lapisan
metal-oksida. Umumnya kapasitor yang ter-masuk kelompok ini adalah
ka-pasitor polar dengan tanda + dan - di badannya. Mengapa
ka-pasitor ini dapat memiliki pola-ritas, adalah karena proses
pem-buatannya menggunakan elek-trolisa sehingga terbentuk kutup
positif anoda dan kutup negatif katoda.
Beberapa metal seperti tan-talum, aluminium, magne-sium,
titanium, niobium, zirconium dan seng (zinc) per-mukaannya dapat
dioksidasi sehingga membentuk lapisan metal-oksida (oxide film).
Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses elektrolisa, seper-ti
pada proses penyepuhan emas. Elektroda metal yang dicelup kedalam
larutan electrolit (sodium borate) lalu diberi te-gangan positif
(anoda) dan la-rutan electrolit diberi tegangan negatif (katoda).
Oksigen pada larutan electrolyte terlepas dan mengoksidai permukaan
plat me-tal. Contohnya, jika digunakan Aluminium, maka akan
terbentuk lapisan Aluminium-oksida (Al2O3) pada permukaannya.
Dengan demikian berturut-turut plat metal (anoda),
lapisan-metal-oksidadan electrolyte (ka-toda) membentuk kapasitor.
Dalam hal ini lapisan-metal-oksida sebagai dielektrik. Lapisan
metal-oksida ini sangat tipis, sehingga dengan demikian dapat
dibuat kapasitor yang kapasitansinya cukup besar.
Karena alasan ekonomis dan praktis, umumnya bahan metal yang
banyak digunakan adalah aluminium dan tantalum. Bahan yang paling
banyak dan murah adalah Aluminium. Untuk men-dapatkan permukaan
yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial.
Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor yang
kapasitansinya besar.
Gambar 8.47. Konstruksi dari
kapasitor electrolytic
Bahan electrolyte pada kapasitor Tantalum ada yang cair tetapi
ada juga yang padat. Disebut electrolyte padat, tetapi sebenarnya
bukan larutan electrolit yang menjadi elektroda negatif-nya,
melainkan bahan lain yaitu manganese-dioksida. Dengan demikian
kapasitor jenis ini bisa memiliki kapasitansi yang besar namun
menjadi lebih ramping dan mungil. Selain itu karena seluruhnya
padat, maka waktu kerjanya (lifetime) menjadi lebih tahan lama.
Kapasitor tipe ini juga memiliki arus bocor yang sangat kecil Jadi
dapat dipahami mengapa kapasitor Tantalum menjadi relatif
mahal.
3. Kapasitor Electrochemical
Satu jenis kapasitor lain ada-lah kapasitor electrochemical.
Termasuk kapasitor jenis ini ada-lah batere dan accu. Pada
kenyataanya batere dan accu adalah kapasitor yang sangat baik,
ka-rena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage
current) yang sangat kecil. Tipe kapasitor jenis ini juga masih
dalam pengembangan untuk mendapatkan kapa-sitansi yang besar namun
kecil dan ringan.
Pada kapasitor yang ber-ukuran besar, nilai kapasitansi umumnya
ditulis dengan angka yang jelas. Lengkap dengan nilai tegangan
maksimum dan pola-ritasnya.Kapasitor yang ukuran fisiknya mungil
dan kecil biasa-nya hanya bertuliskan 2 (dua) atau 3 (tiga) angka
saja. Jika hanya ada dua angka satuannya adalah pF (pico farads).
Jika ada 3 digit, angka pertama dan kedua menunjukkan nilai
nominal, se-dangkan angka ke-3 adalah fak-tor pengali. Faktor
pengali sesuai dengan angka nominalnya, berturut-turut 1 = 10, 2 =
100, 3 = 1.000, 4 = 10.000 dan sete-rusnya.
Pada kapasitor terdapat yang dinamakan tegangan kerja atau
tegangan maksimum yang
diijinkan sehingga kapasitor ma-sih dapat bekerja dengan baik.
Sehingga tegangan yang diberi-kan pada kapasitor tidak boleh
melebihi dari yang tertera atau tercantum. Umumnya
kapasitor-kapasitor polar bekerja pada tegangan DC dan kapasitor
non-polar bekerja pada tegangan AC.
8.3.3 Dioda
Dioda termasuk komponen elektronika yang terbuat dari bahan
semikonduktor. Diode merupakan semikonduktor yang pertama
ditemukan. Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat
mengalirkan arus satu arah saja, itulah mengapa diode disebut
sebagai semikonduktor atau
setengah penghantar. Struktur dioda tidak lain adalah sambungan
semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P
dan satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian
arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N.
Gambar 8.48. Gambar symbol dan penampang diode
Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit
porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana
terdapat keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah
diketahui, pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap
menerima elektron sedangkan di sisi N banyak terdapat
elektron-elektron yang siap untuk bebas merdeka. Lalu jika diberi
bias positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P
lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi N dengan serta -
merta akan tergerak untuk mengisi hole di sisi P. Tentu
kalau elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole
pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari
P menuju N, Kalau mengunakan terminologi arus listrik, maka
dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N.
Gambar 8.49. Gambar diode dengan bias maju (forward)
Sebalikya apakah yang terjadi jika polaritas tegangan dibalik
yaitu dengan memberikan bias negatif (reverse bias). Dalam hal ini,
sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P.
Gambar 8.50 Gambar diode dengan bias mundur (backward)
Tentu jawabanya adalah tidak akan terjadi perpindahan elektron
atau aliran hole dari P ke N maupun
sebaliknya. Karena baik hole dan elektron masing-masing tertarik
ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapi-san deplesi (depletion layer)
semakin besar dan menghalangi terjadinya arus.
Gambar 8.51. Gambar macam macam dioda
Dengan demikian dioda hanya dapat mengalirkan arus satu arah
saja. Pada tegangan bias maju yang kecil saja dioda sudah menjadi
konduktor. Hanya diperlukan bebe-rapa volt diatas nol saja pada
diode bisa terjadi konduksi. Ini disebabkan ka-rena adanya dinding
deplesi (deplesion layer). Untuk dioda yang terbuat dari bahan
Silikon tegangan konduksi adalah diatas 0.7 volt. Kira-kira 0.2
volt batas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan
Germanium.
Gambar 8.52 Grafik arus diode
Sebaliknya untuk bias negatif dioda tidak dapat mengalirkan
arus, namun memang ada batasnya. Sam-pai beberapa puluh bahkan
ratusan volt baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat
menahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi.
Fenomena tegangan breakdown dioda ini mengilhami pembuatan
komponen aktif lainnya yang di-namakan zener. Sebenarnya tidak ada
perbedaan sruktur dasar dari zener, melainkan mirip dengan dioda.
Tetapi dengan memberi jumlah doping yang lebih banyak pada
sambungan P dan N, ternyata tegangan breakdown dioda bisa makin
cepat tercapai. Jika pada dioda biasanya baru terjadi breakdown
pada tegangan ratusan volt, pada zener bisa terjadi pada angka
puluhan dan satuan volt.
Gambar 8.53 Gambar diode zener
Ini adalah karakteristik zener yang unik. Jika dioda bekerja
pada bias maju maka zener biasanya berguna pada bias negatif
(reverse bias).
Jenis diode yang lain adalah LED atau singkatan dari Light
Emiting Dioda, merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi
cahaya. Struktur LED juga sama dengan dioda, tetapi belakangan
ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga
melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat
agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan
emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium,
arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna
cahaya yang berbeda pula.
Gambar 8.54 Bentuk simbol dan penampang LED
Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak ada adalah
warna merah, kuning, hijau dan biru. Pada dasarnya semua warna bisa
dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien.
Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja,
arus maksimum dan disipasi daya-nya. Umumnya LED bisa bekerja pada
tegangan 1,2 sampai 1,5 volt namun saat ini ada juga yang dinamakan
LED super bright dengan cahaya yang lebih terang namun diperlukan
juga tegangan kerja dan arus yang lebih besar juga. Bentuk LED juga
bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong.
8.3.4 THYRISTOR
Thyristor berakar kata dari bahasa Yunani yang berarti pintu'.
Dinamakan demikian barangkali kare-na sifat dari komponen ini yang
mirip
dengan pintu yang dapat dibuka dan ditutup untuk melewatkan arus
listrik.
Ada beberapa komponen yang termasuk thyristor antara lain adalah
komponen-komponen thyristor yang dikenal dengan sebutan SCR
(silicon controlled rectifier), TRIAC dan DIAC.
Ciri-ciri utama dari sebuah thy-ristor adalah komponen yang
terbuat dari bahan semikonduktor silicon. Walaupun bahannya sama,
tetapi struktur P-N junction yang dimilikinya lebih kompleks
dibanding transistor bipolar atau MOS. Kom-ponen thyristor lebih
digunakan sebagai saklar (switch) ketimbang sebagai penguat arus
atau tegangan seperti halnya transistor.
Gambar 8.55 struktur thyristor
8.3.4.1 SCR
Untuk membuat thyristor menjadi ON adalah dengan memberi arus
trigger lapisan P yang dekat dengan katoda. Yaitu dengan membuat
kaki gate pada thyristor PNPN seperti pada Gambar 8.56. Karena
letaknya yang dekat dengan katoda, bisa juga pin gate ini disebut
pin gate katoda (cathode gate). Beginilah SCR dibuat dan simbol SCR
digambarkan seperti Gambar 8.56.SCR dalam banyak literatur disebut
Thyristor saja.
Gambar 8.56 Struktur dan symbol SCR
Melalui kaki (pin) gate tersebut memungkinkan komponen ini di
trigger menjadi ON, yaitu dengan mem-beri arus gate. Ternyata
dengan memberi arus gate Ig yang semakin besar dapat menurunkan
tegangan breakover (Vbo) sebuah SCR. Dimana tegangan ini adalah
tegangan minimum yang diperlukan SCR untuk menjadi ON. Sampai pada
suatu besar arus gate tertentu, ternyata akan sangat mudah membuat
SCR menjadi ON. Bahkan dengan tegangan forward yang kecil
sekalipun. Misalnya 1 volt saja atau lebih kecil lagi. Kurva
tegangan dan arus dari sebuah SCR adalah seperti yang ada pada
Gambar 8.57. yang berikut ini.
Gambar 8.57 Karakteristik kurva I-V SCR
Pada Gambar 8.57. tertera te-gangan breakover Vbo, yang jika
tegangan forward SCR mencapai titik
ini, maka SCR akan ON. Lebih penting lagi adalah arus Ig yang
dapat menyebabkan tegangan Vbo turun menjadi lebih kecil. Pada
gambar ditunjukkan beberapa arus Ig dan korelasinya terhadap
tegangan break-over. Pada datasheet SCR, arus trigger gate ini
sering ditulis dengan notasi IGT (gate trigger current). Pada
gambar ada ditun-jukkan juga arus Ih yaitu arus holding yang
mempertahankan SCR tetap ON. Jadi agar SCR tetap ON maka arus
forward dari anoda menuju katoda harus berada di atas parameter
ini.
Sejauh ini yang dikemukakan adalah bagaimana membuat SCR menjadi
ON. Pada kenyataannya, sekali SCR mencapai keadaan ON maka
selamanya akan ON, walaupun tegangan gate dilepas atau di short ke
katoda. Satu-satunya cara untuk membuat SCR menjadi OFF adalah
dengan membuat arus anoda-katoda turun dibawah arus Ih (holding
current). Pada Gambar 8.57. kurva I-V SCR, jika arus forward berada
dibawah titik Ih, maka SCR kembali pada keadaan OFF. Berapa besar
arus holding ini, umumnya ada di dalam datasheet SCR.
Cara membuat SCR menjadi OFF tersebut adalah sama saja deng-an
menurunkan tegangan anoda-katoda ke titik nol. Karena inilah SCR
atau thyristor pada umumnya tidak cocok digunakan untuk aplikasi
DC. Komponen ini lebih banyak digunakan untuk aplikasi-aplikasi
tegangan AC, dimana SCR bisa OFF pada saat gelombang tegangan AC
berada di titik nol.
Ada satu parameter penting lain dari SCR, yaitu VGT. Parameter
ini adalah tegangan trigger pada gate yang menyebabkab SCR ON.
8.3.5 TRANSISTOR
Transistor merupakan dioda de-ngan dua sambungan (junction).
Sambungan itu membentuk tran-sistor PNP maupun NPN. Ujung-ujung
terminalnya berturut-turut di-sebut emitor, base dan kolektor. Base
selalu berada di tengah, di antara emitor dan kolektor.
Gambar 8.58 Bentuk simbol dan penampang transistor
Transistor seperti gambar diatas dapat disebut juga transistor
bipolar atau transistor BJT (Bipolar Junction Transistor).
Transistor bipolar adalah inovasi yang mengantikan transistor
tabung (vacum tube). Selain dimensi transistor bipolar yang relatif
lebih kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil sehingga dapat
bekerja pada suhu yang lebih dingin.Dalam beberapa aplikasi,
transistor tabung masih di-gunakan terutama pada aplikasi audio,
untuk mendapatkan kualitas suara yang baik, namun konsumsi dayanya
sangat besar. Sebab untuk dapat melepaskan elektron, teknik yang
digunakan adalah pemanasan filamen seperti pada lampu pijar.
Transistor bipolar memiliki 2 junction yang dapat disamakan
dengan penggabungan 2 buah dioda. Emiter-Base adalah satu junction
dan Base-Kolektor junction lainnya itulah kenapa disebut (Bipolar
Junction Tran-
sistor). Seperti pada dioda, arus hanya akan mengalir hanya jika
diberi bias positif, yaitu hanya jika tegangan pada material P
lebih positif daripada material N (forward bias). Pada gambar
ilustrasi transistor NPN berikut ini, junction base-emiter diberi
bias positif sedangkan base-colector mendapat bias negatif (reverse
bias).
Gambar 8.59 Rangkaian bias transistor dan arus Elektron
Karena base-emiter mendapat bias positif maka seperti pada
dioda, elektron mengalir dari emiter menuju base. Kolektor pada
rangkaian ini lebih positif sebab mendapat tegangan positif. Karena
kolektor ini lebih positif, aliran elektron bergerak menuju kutup
ini. Misalnya tidak ada kolektor, aliran elektron seluruhnya akan
menuju base seperti pada dioda. Tetapi karena lebar base yang
sangat tipis, hanya sebagian elektron yang dapat bergabung dengan
hole yang ada
pada base. Sebagian besar akan menembus lapisan base menuju
ko-lektor. Inilah alasannya mengapa jika dua dioda digabungkan
tidak dapat menjadi sebuah transistor, karena persyaratannya adalah
lebar base harus sangat tipis sehingga dapat diterjang oleh
elektron.
Gambar 8.60 Macam-macam bentuk transistor
Jika misalnya tegangan base-emitor dibalik (reverse bias), maka
tidak akan terjadi aliran elektron dari emitor menuju kolektor.
Jika pelan-pelan 'keran' base diberi bias maju (forward bias),
elektron mengalir menuju kolektor dan besarnya se-banding dengan
besar arus bias base yang diberikan. Dengan kata lain, arus base
mengatur banyaknya elektron yang mengalir dari emiter menuju
kolektor. Ini yang dinamakan efek penguatan transistor, karena arus
base yang kecil menghasilkan arus emiter-colector yang lebih besar.
Istilah amplifier (penguatan) sebenarnya bukanlah penguatan dalam
arti sebenarnya, karena dengan penjelasan di atas sebenarnya yang
terjadi bukan penguatan, melainkan arus yang lebih kecil mengontrol
aliran arus yang lebih besar. Juga dapat dijelaskan bahwa base
mengatur membuka dan menutup aliran arus emiter-kolektor (switch
on/off).
Pada transistor PNP, fenomena yang sama dapat dijelaskan dengan
memberikan bias seperti pada gam
bar berikut. Dalam hal ini yang di-sebut perpindahan arus adalah
arus hole.
Gambar 8.61 Arus Hole transistor PNP
Perlu diingat, walaupun tidak ada perbedaan pada doping bahan
pembuat emitor dan kolektor, namun pada prakteknya emitor dan
kolektor tidak dapat dibalik.
Gambar 8.62 Penampang transistor bipolar
Dari satu bahan silikon (monolitic), emitor dibuat terlebih
dahulu, kemudian base dengan doping yang berbeda dan terakhir
adalah kolektor. Terkadang dibuat juga efek dioda pada
terminal-terminalnya sehingga arus hanya akan terjadi pada arah
yang dikehendaki.
Untuk memudahkan pembaha-san prinsip bias transistor lebih
lanjut, berikut adalah terminologi parameter transistor. Dalam hal
ini arah arus adalah dari potensial yang lebih besar ke potensial
yang lebih kecil.
Gambar 8.63 Arus potensial
Parameter-paramater yang perlu diperhatikan :
IC : arus kolektor
IB : arus base
IE : arus emitor
VC : tegangan kolektor
VB : tegangan base
VE : tegangan emitor
VCC : tegangan pada kolektor
VCE : tegangan jepit kolektor-emitor
VEE : tegangan pada emitor
VBE : tegangan jepit base-emitor (umumnya 0,6 0,7 volt untuk
transistor silikon)
ICBO : arus base-kolektor
VCB : tegangan jepit kolektor-base
Pada tabel data transistor (databook) beberapa hal perlu
diperhatikan antara lain spesifikasi dc (alpha dc) yang tidak lain
adalah :
dc = IC/IE
Defenisinya adalah perbandingan arus kolektor terhadap arus
emitor. Karena besar arus kolektor umumnya hampir sama dengan besar
arus emiter maka idealnya besar dc adalah = 1 (satu). Namun umumnya
transistor yang ada memiliki dc kurang lebih antara 0.95 sampai
0.99.
Pada tabel data transistor (databook) juga dapat dijumpai
spesifikasi dc (beta dc) atau hfe didefenisikan sebagai besar
perbandingan antara arus kolektor dengan arus base.
dc = IC/IB
Dengan kata lain, dc adalah parameter yang menunjukkan
ke-mampuan penguatan arus (current gain) dari suatu transistor.
Parameter ini ada tertera di databook transistor dan sangat
membantu para perancang rangkaian elektronika dalam merencanakan
rangkaiannya.
Sebelumnya ada beberapa spesifikasi transistor yang perlu
diperhatikan, seperti tegangan VCEmax dan PD max. Sering juga
dicantumkan di datasheet keterangan lain tentang arus ICmax VCBmax
dan VEBmax. Ada juga PDmax pada TA = 25o dan PDmax pada TC =
25o
8.3.5.1 Kurva Base
Hubungan antara IB dan VBE tentu saja akan berupa kurva dioda.
Karena memang telah diketahui bah-wa junction base-emitor tidak
lain adalah sebuah dioda. Jika hukum Ohm diterapkan pada loop base
di-ketahui adalah :
IB = (VBB - VBE) / RB
VBE adalah tegangan jepit dioda junction base-emitor. Arus hanya
akan mengalir jika tegangan antara base-emitor lebih besar dari
VBE. Sehingga arus IB mulai aktif mengalir pada saat nilai VBE
tertentu.
Gambar 8.64 kurva IB -VBE
Besar VBE umumnya tercantum di dalam databook. Tetapi untuk
penyerdehanaan umumnya diketahui VBE = 0.7 volt untuk transistor
silikon dan VBE = 0.3 volt untuk transistor germanium.
8.3.5.2 Kurva Kolektor
Sekarang sudah diketahui konsep arus base dan arus kolektor.
Satu hal lain yang menarik adalah bagaimana hubungan antara arus
base IB, arus kolektor IC dan tegangan kolektor-emiter VCE. Dengan
mengunakan rangkaian-01, tegangan VBB dan VCC dapat diatur untuk
memperoleh plot garis-garis kurva kolektor. Pada gambar berikut
telah diplot beberapa kurva kolektor arus IC terhadap VCE dimana
arus IB dibuat konstan.
Gambar 8.65 kurva kolektor
Dari kurva kolektor diatas terlihat ada beberapa region yang
menunjukkan daerah kerja transistor. Dari bawah adalah daerah
saturasi, lalu daerah cut-off, kemudian daerah aktif dan seterusnya
hingga paling atas adalah daerah breakdown.
8.3.5.3 Daerah Aktif
Daerah kerja transistor yang normal adalah pada daerah aktif,
dimana arus IC konstans terhadap berapapun nilai VCE. Dari kurva
ini diperlihatkan bahwa arus IC hanya ter-gantung dari besar arus
IB. Daerah kerja ini biasa juga disebut daerah linear (linear
region).
Dari hubungan tegangan dan arus pada loop kolektor, maka dapat
diperoleh hubungan :
VCE = VCC - ICRC
Dapat dihitung dissipasi daya transistor adalah :
PD = VCE.IC
Rumus ini mengatakan jumlah dissipasi daya transistor adalah
te-gangan kolektor-emitor dikali jumlah arus yang melewatinya.
Dissipasi daya ini berupa panas yang menyebabkan naiknya temperatur
transistor. Umumnya untuk transistor power sangat perlu untuk
mengetahui spesifikasi PDmax. Spesifikasi ini menunjukkan
temperatur kerja maksimum yang diperbolehkan agar transistor masih
bekerja normal. Sebab jika transistor bekerja melebihi kapasitas
daya PDmax, maka transistor dapat rusak atau terbakar.
8.3.5.4 Daerah Cut-off
Daerah saturasi adalah mulai dari VBE = 0 volt sampai kira-kira
0.7 volt (transistor silikon), yaitu akibat dari efek dioda
kolektor-base yang mana tegangan VCE belum mencukupi untuk dapat
menyebabkan aliran elektron.
8.3.5.5 Daerah Saturasi
Jika kemudian tegangan VBE dinaikkan perlahan-lahan, sampai
tegangan VCE tertentu tiba-tiba arus IC mulai konstan. Pada saat
pe-rubahan ini, daerah kerja transistor berada pada daerah saturasi
yaitu dari keadaan cut off (OFF) lalu menjadi aktif (ON). Perubahan
ini dipakai pada system digital yang hanya mengenal angka biner 1
dan 0
8.3.5.6 Daerah Breakdown
Dari kurva kolektor, terlihat jika tegangan VCE lebih dari 40V,
arus IC menanjak naik dengan cepat. Transistor pada daerah ini
disebut berada pada daerah breakdown. Seharusnya transistor tidak
boleh bekerja pada daerah ini, karena akan dapat merusak transistor
tersebut. Untuk berbagai jenis transistor nilai tegangan VCEmax
yang diperbolehkan sebelum breakdown bervariasi. VCEmax pada
databook transistor selalu dicantumkan juga.
8.3.5 TRANSISTOR FET
Transistor Bipolar dinamakan demikian karena bekerja dengan 2
(bi) muatan yang berbeda yaitu elektron sebagai pembawa muatan
negatif dan hole sebagai pembawa muatan positif. Ada satu jenis
transistor lain yang dinamakan FET (Field Efect Transistor).
Berbeda dengan prinsip kerja transistor bipolar, transistor FET
bekerja bergantung dari satu pembawa muatan, apakah itu elektron
atau hole. Karena hanya bergantung pada satu pembawa muatan saja,
transistor ini disebut komponen unipolar.
Umumnya untuk aplikasi linear, transistor bipolar lebih disukai,
namun transistor FET sering digunakan juga karena memiliki
impedansi input (in
put impedance) yang sangat besar. Terutama jika digunakan
sebagai
switch, FET lebih baik karena re-sistansi dan disipasi dayanya
yang kecil.
Ada dua jenis transistor FET yaitu JFET (junction FET) dan
MOSFET (metal-oxide semiconductor FET). Pada dasarnya kedua jenis
transistor memiliki prinsip kerja yang sama, namun tetap ada
perbedaan yang mendasar pada struktur dan karakteristiknya. Namun
dari kedua-nya yg sering banyak dipakai adalah jenis MOSFET makanya
yang akan dibahas disini adalah jenis MOSFET.
Mirip seperti JFET, transistor MOSFET (Metal oxide FET) memiliki
drain, source dan gate. Namun perbedaannya gate terisolasi oleh
suatu bahan oksida. Gate sendiri terbuat
dari bahan metal seperti aluminium. Oleh karena itulah
transistor ini dinamakan metal-oxide. Karena gate yang terisolasi,
sering jenis transistor ini disebut juga IGFET yaitu insulated-gate
FET.
Ada dua jenis MOSFET, yang pertama jenis depletion-mode dan yang
kedua jenis enhancement-mode. Jenis MOSFET yang kedua adalah
komponen utama dari gerbang logika dalam bentuk IC (integrated
circuit), uC (micro controller) dan uP (micro processor) yang tidak
lain adalah komponen utama dari komputer modern saat ini.
8.3.6.1 MOSFET Depletion-mode
Gambar berikut menunjukkan struktur dari transistor jenis ini.
Pada sebuah kanal semikonduktor tipe n terdapat semikonduktor tipe
p dengan menyisakan sedikit celah. Dengan demikian diharapkan
elektron akan mengalir dari source menuju drain melalui celah
sempit ini. Gate terbuat dari metal (seperti aluminium) dan
terisolasi oleh bahan oksida tipis SiO2 yang tidak lain adalah
kaca.
Gambar 8.66 struktur MOSFET depletion-mode
Semikonduktor tipe p di sini disebut subtrat p dan biasanya
dihubung singkat dengan source.
Ingat seperti pada transistor JFET lapisan deplesi mulai membuka
jika VGS = 0.
Dengan menghubung singkat subtrat p dengan source diharapkan
ketebalan lapisan deplesi yang ter-bentuk antara subtrat dengan
kanal adalah maksimum. Sehingga ketebalan lapisan deplesi
selanjutnya hanya akan ditentukan oleh tegangan gate terhadap
source. Pada gambar, lapisan deplesi yang dimaksud ditunjukkan pada
daerah yang berwarna kuning.
Semakin negatif tegangan gate terhadap source, akan semakin
kecil arus drain yang bisa lewat atau bahkan menjadi 0 pada
tegangan negatif tertentu. Karena lapisan de-plesi telah menutup
kanal. Selanjutnya jika tegangan gate dinaikkan sama dengan
tegangan source, arus akan mengalir. Karena lapisan de-plesi muali
membuka. Sampai di sini prinsip kerja transistor MOSFET
depletion-mode tidak berbeda dengan transistor JFET.
Karena gate yang terisolasi, te-gangan kerja VGS boleh positif.
Jika VGS semakin positif, arus elektron yang mengalir dapat semakin
besar. Di sini letak perbedaannya dengan JFET, transistor MOSFET
depletion-mode bisa bekerja sampai tegangan gate positif.
Gambar 8.67 Penampang D-MOSFET (depletion-mode)
Struktur ini adalah penampang MOSFET depletion-mode yang dibuat
di atas sebuah lempengan semikonduktor tipe p. Implant
semikonduktor tipe n dibuat sedemikian rupa sehingga terdapat celah
kanal tipe n. Kanal ini menghubungkan drain dengan source dan tepat
berada di bawah gate. Gate terbuat dari metal aluminium yang
diisolasi dengan lapisan SiO2 (kaca). Dalam beberapa buku,
transistor MOSFET depletion-mode disebut juga dengan nama
D-MOSFET.
Analisa kurva drain dilakukan dengan mencoba beberapa tegangan
gate VGS konstan, lalu dibuat grafik hubungan antara arus drain ID
terhadap tegangan VDS.
Gambar 8.68 Kurva drain transistor MOSFET depletion-mode
Dari kurva ini terlihat jelas bahwa transistor MOSFET
depletion-mode dapat bekerja (ON) mulai dari tegangan VGS negatif
sampai positif. Terdapat dua daerah kerja, yang pertama adalah
daerah ohmic dimana resistansi drain-source adalah fungsi dari
:
RDS(on) = VDS/IDS
Jika tegangan VGS tetap dan VDS terus dinaikkan, transistor
selanjutnya akan berada pada daerah saturasi. Jika keadaan ini
tercapai, arus IDS adalah konstan.Tentu saja ada tegangan VGS(max),
yang diperbolehkan. Karena jika lebih dari tegangan ini akan dapat
merusak isolasi gate yang tipis alias merusak transistor itu
sendiri.
8.3.6.2 MOSFET Enhancement-mode
Jenis transistor MOSFET yang kedua adalah MOSFET
enhan-cement-mode. Transistor ini adalah pengembangan dari MOSFET
depletion-mode. Gate terbuat dari metal aluminium dan terisolasi
oleh lapisan SiO2 sama seperti transistor MOSFET depletion-mode.
Perbedaan struktur yang mendasar adalah, subtrat pada transistor
MOSFET enhancement-mode sekarang dibuat sampai menyentuh gate,
seperti terlihat pada gambar 8.69. Pada transistor MOSFET
enhancement mode kanal n, Jika tegangan gate VGS dibuat negatif,
tentu saja arus elektron tidak dapat mengalir. Juga ketika VGS=0
ternyata arus belum juga bisa mengalir, karena tidak ada lapisan
deplesi maupun celah yang bisa dialiri elektron.
Gambar 8.69. Struktur MOSFET enhancement-mode
Gambar diatas adalah Satu-satunya jalan adalah dengan memberi
tegangan VGS positif. Karena subtrat terhubung dengan source, maka
jika tegangan gate positif berarti tegangan gate terhadap subtrat
juga positif.
Tegangan positif ini akan menyebabkan elektron tertarik ke arah
subtrat p. Elektron-elektron akan bergabung dengan hole yang ada
pada subtrat p. Karena potensial gate lebih positif, maka elektron
terlebih dahulu tertarik dan menumpuk di sisi subtrat yang
berbatasan dengan gate. Elektron akan terus menumpuk dan tidak
dapat mengalir menuju gate karena terisolasi oleh bahan insulator
SiO2 (kaca).
Jika tegangan gate cukup positif, maka tumpukan elektron akan
menyebabkan terbentuknya semacam lapisan n yang negatif dan
seketika itulah arus drain dan source dapat mengalir. Lapisan yang
terbentuk ini disebut dengan istilah inversion layer. Kira-kira
terjemahannya adalah lapisan dengan tipe yang berbalikan. Di sini
karena subtratnya tipe p, maka lapisan inversion yang terbentuk
adalah bermuatan negatif atau tipe n. Tentu ada tegangan minimum
dimana lapisan inversion n mulai terbentuk. Tegangan minimun ini
disebut te-gangan threshold VGS(th). Tegangan VGS(th) oleh pabrik
pembuat tertera di dalam datasheet.
Di sini letak perbedaan utama prinsip kerja transitor MOSFET
enhancement-mode dibandingkan dengan JFET. Jika pada tegangan VGS =
0, transistor JFET sudah bekerja atau ON, maka transistor MOSFET
enhancement-mode masih OFF. Dikatakan bahwa JFET adalah komponen
normally ON dan MOSFET adalah komponen normally OFF.
Transistor MOSFET enhacement mode dalam beberapa literatur
disebut juga dengan nama E-MOSFET.
Gambar 8.70 Penampang E-MOSFET (enhancement-mode)
Gambar diatas adalah bagaimana transistor MOSFET
enhancement-mode dibuat. Sama se-perti MOSFET depletion-mode,
te-tapi perbedaannya disini tidak ada kanal yang menghubungkan
drain dengan source. Kanal n akan ter-bentuk (enhanced) dengan
memberi te-gangan VGS diatas tegangan threshold tertentu. Inilah
struktur transistor yang paling banyak di terapkan dalam IC
digital.
Mirip seperti kurva D-MOSFET, kurva drain transistor E-MOSFET
adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut. Namun di sini
VGS semua bernilai positif. Garis kurva paling bawah adalah garis
kurva di-mana transistor mulai ON. Tegangan
VGS pada garis kurva ini disebut
tegangan threshold VGS(th). Pada titik saturasi MOSFET mulai
jenuh atau saturasi hingga benar-benar ON atau memiliki hambatan yg
sangat kecil.
Gambar 8.71 Kurva drain E-MOSFET
Karena transistor MOSFET umumnya digunakan sebagai saklar
(switch), parameter yang penting pada transistor E-MOSFET adalah
resistansi drain-source. Biasanya yang tercantum pada datasheet
ada-lah resistansi pada saat transistor ON. Resistansi ini
dinamakan RDS(on). Besar resistansi bervariasi mulai dari 0.3 Ohm
sampai puluhan Ohm. Untuk aplikasi power switching, semakin kecil
resistansi RDS(on) maka semakin baik transistor tersebut. Karena
akan memperkecil rugi-rugi disipasi daya dalam bentuk panas. Juga
penting diketahui parameter arus drain maksimum ID(max) dan
disipasi daya maksimum PD(max).
8.3.6.3 Simbol transistor MOSFET
Garis putus-putus pada simbol transistor MOSFET menunjukkan
struktur transistor yang terdiri drain, source dan subtrat serta
gate yang terisolasi. Arah panah pada subtrat menunjukkan type
lapisan yang terbentuk pada subtrat ketika transistor ON sekaligus
menunjukkan type ka-nal transistor tersebut.
Gambar 8.72 Simbol MOSFET, (a) kanal-n (b) kanal-p
Kedua simbol di atas dapat digunakan untuk mengambarkan D-MOSFET
maupun E-MOSFET.
Transistor FET termasuk perangkat yang disebut
voltage-controlled device yang mana tegangan masukan (input)
mengatur arus keluaran
(output). Pada transistor FET, besar tegangan gate-source (VGS)
menentukan jumlah arus yang dapat mengalir antara drain dan
source.
Transistor MOSFET yang dikenal dengan sebutan transistor MOS
umumnya gampang rusak. Ada kala-nya karena tegangan gate yang
melebihi tegangan VGS(max). Karena lapisan oksida yang amat tipis,
transistor MOS rentan terhadap tegangan statik (static voltage)
yang bisa mencapai ribuan volt. Untuk itulah biasanya MOS dalam
bentuk transistor maupun IC selalu dikemas menggunakan anti static.
Terminal atau kaki-kakinya di hubung singkat untuk menghindari
tegangan statik ini. Transistor MOS yang mahal karena RDS(on) yang
kecil, biasanya dilengkapi dengan zener didalamnya. Zener diantara
gate dan source ini berfungsi sebagai proteksi tegangan yang
berlebih. Walapun zener ini sebenarnya akan
menurunkan impedansi input gate, namun cukup seimbang antara
performance dan harganya itu.
8.3.7 OPERASIONAL AMPLIFIER
Penguat operasi (Operational Amplifier) atau sering disingkat
dengan OP-AMP yaitu merupakan komponen-komponen linear yang terdiri
dari beberapa komponen diskrit yang terintegrasi dalam bentuk chip
(IC : Intregated Circuits) . OP-AMP biasanya mempunyai 2 (dua) buah
input yaitu input Inverting dan input Non Inverting serta satu
output. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar simbol OP-AMP
berikut ini :
+
-
Gambar 8.73 Simbol OP-AMP
Input OP-AMP bisa berupa tegangan searah maupun tegangan
bolak-balik. Sedangkan output OP-AMP tergantung input yang
diberikan. Jika input OP-AMP diberi tegangan searah dengan input
Non Inverting lebih besar dari pada input inverting (), maka pada
output OP-AMP akan positip (+). Sebaliknya jika input Non Inverting
(+) lebih kecil dari pada input inverting (-), maka output OP-AMP
akan negatip (-).
Jika input OP-AMP diberi tegangan bolak-balik dengan input Non
Inverting (+), maka pada output OP-AMP akan sephasa dengan inputnya
tersebut. Sebaliknya jika input Invert-
ing (-) diberi sinyal / tegangan bolak balik sinus, maka pada
output OP-AMP akan berbalik phasa terhadap inputnya.
8.3.7.1 Penguat Inverting
OP-AMP dengan metoda input pembalik (inverting) seperti gambar
8.74. ini adalah mempunyai input pada terminal inverting (-) dan
terminal non inverting dihubungkan ke ground (sebagai common) dan
terminal output diukur terhadap ground. Tegangan (Au) untuk penguat
inverting
1
R
R
U
U
A
F
i
o
U
-
=
=
+
-
U
o
+
-
U
i
d
i
i
d
R
1
R
f
O
P
-
A
M
P
i
i
U
i
+
-
-
+
i
f
Gambar 8.74. Rangkaian penguat inverting
8.3.7.2 Penguat Non Inverting
Rangkaian OP-AMP dengan input bukan pembalik (non inverting)
dengan sistem pengali penguatan yang konstan. Untuk menentukan
penguatan tegangan dari rangkaian OP-AMP ini terlebih d